フェムト秒パルス光超音波共鳴法によるナノ薄膜の弾性定数の精密測定

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360051
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機械材料・材料力学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 平尾 雅彦 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (80112027)
• 研究分担者: 荻 博次 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (90252626) ; 中村 暢伴 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 助教 (50452404) ; 垂水 竜一 大阪大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (30362643)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: 弾性定数 / ナノ薄膜 / フォノン共鳴 / 極短パルス光計測

研究概要

厚さがナノメートルオーダーの薄膜(ナノ薄膜)の力学的性質を正確に計測することは,ナノ薄膜を用いたデバイスの健全性評価という実用的な理由だけでなく,物質の原子数が一方向に極端に減少したときの力学的性質の変化という学術的な興味も深い.本プロジェクトではフェムト秒パルスレーザーを利用して,薄膜内に数十～数百GHzという超高周波の弾性波を励起し,その音速を計測する手法を確立した.そして,各種ナノ薄膜の弾性率評価およびこれを利用した健全性評価法を提案した.

研究成果

• [雑誌論文] 第一原理計算によるナノ結晶ダイヤモンドの非sp3結合領域の構築とその弾性特性に及ぼす影響の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 谷垣健一, 多根井寛志, 草部浩一, 荻博次, 中村暢伴, 平尾雅彦
  • 雑誌名: 日本機械学会論文集A編 75-758 ページ: 1424-1429
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unusual elastic behavior of nanocrystalline diamond thin films (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tanei, N. Nakamura, H. Ogi, M. Hirao, R. Ikeda
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 100 ページ: 016804
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-Induced Coherent Acoustic Phonons for Measuring Elastic Constants of Ultra-Thin Films (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, A. Uranishi, T. Shagawa, H. Ogi, M. Hirao, M. Nishiyama
  • 雑誌名: J. Sol. Mech. Mater. Eng 2 ページ: 1420-1426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stable Elasticity of Epitaxial Cu Thin Films on Si (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, H. Ogi, M. Hirao
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 77 ページ: 245416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recovery of Elastic Constant of Ultrathin Cu Films by Low Temperature Annealing (2008)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, H. Ogi, T. Shagawa, M. Hirao
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 92 ページ: 141901
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast Recovery of Elasticity of Cu Thin Films at Room Temperature Studied by Resonant-Ultrasound Spectroscopy (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Nakamura, H. Ogi, T. Nakashima, M. Hirao, M. Nishiyama
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 46 ページ: 4450-4453
  • 査読あり
• [学会発表] サブテラヘルツ超音波によるナノ薄膜の弾性定数計測 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中村暢伴, 加計陽介, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 2009年日本機械学会年次大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] ピコ秒レーザー超音波法によるSiウェハー中のナノ欠陥評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 谷垣健一, 荻博次, 平尾雅彦, 松川和人, 原田博文
  • 学会等名: 2009年日本機械学会年次大会
  • 発表場所: 岩手大学
  • 年月日: 2009-09-14
• [学会発表] ナノ結晶ダイヤモンドの非sp3結合領域とその弾性特性に対する第一原理シミュレーション (2009)
  • 著者名/発表者名: 谷垣健一, 多根井寛志, 草部浩一, 荻博次, 中村暢伴, 平尾雅彦
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学筑波キャンパス
  • 年月日: 2009-04-01
• [学会発表] ピコ秒超音波によるエピタキシャル薄膜の弾性特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 中村暢伴, 加計陽介, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 第56回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 筑波大学筑波キャンパス
  • 年月日: 2009-04-01
• [学会発表] Study on fast recovery of elastic constants of metallic thin films by resonant-ultrasound spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: 中島丈雄, 中村暢伴, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 第29回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: 仙台市シルバーセンター
  • 年月日: 2008-11-13
• [学会発表] 金属薄膜の成膜直後における弾性定数の高速回復現象のモニタリング (2008)
  • 著者名/発表者名: 中島丈雄, 中村暢伴, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 日本機械学会関西支部第83期定時総会講演会
  • 発表場所: 大阪大学豊中キャンパス
  • 年月日: 2008-03-15
• [学会発表] ナノ薄膜の弾性特性に関する研究～超音波を利用した弾性定数計測法の開発～ (2008)
  • 著者名/発表者名: 中村暢伴, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 第39回マイクロマテリアル部門委員会
  • 発表場所: 神戸大学
  • 年月日: 2008-01-29
• [学会発表] 異常に大きな弾性ひずみを受ける薄膜内の超音波特性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 中村暢伴
  • 学会等名: 非線形現象を利用した非破壊検査・材料評価研究会第6回研究会
  • 発表場所: 京大会館
  • 年月日: 2007-12-19
• [学会発表] Elastic constants of Co/Pt superlattice studied by acoustic measurements and ab initio calculation (2007)
  • 著者名/発表者名: 多根井寛志, 中村暢伴, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 第28回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2007-11-15
• [学会発表] Elastic Stability of Epitaxial Cu Thin Films: Measurement by Acoustic-Phonon Resonance (2007)
  • 著者名/発表者名: 中村暢伴, 荻博次, 平尾雅彦
  • 学会等名: 第28回超音波エレクトロニクスの基礎と応用に関するシンポジウム
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2007-11-15